为何吸烟者感染新冠重症率更高？病毒进入人体受体增三成以上

又一项研究证实，香烟烟雾会在啮齿动物和人肺中引起新冠病毒受体ACE2水平增加，进而加重吸烟者患重症新冠肺炎的风险。

美国冷泉港实验室的研究人员通过单细胞测序数据发现，ACE2（血管紧张素转化酶2）在呼吸道分泌细胞中表达，而长期暴露于烟雾中会促进该细胞群的扩张，导致ACE2表达的增加。与非吸烟者相比，吸烟者的肺上皮细胞样本显示出的ACE2水平要多出约30％-55％。相反，戒烟会减少这些分泌细胞并降低ACE2水平。

该研究成果于当地时间5月16日发表在国际发育生物学杂志《发育细胞》（Developmental cell）上，题为“Cigarette smoke exposure and inflammatory signaling increase the expression of the SARS-CoV-2 receptor ACE2 in the respiratory tract”。

该研究的团队来自多个生物医学领域的重磅机构，包括非盈利私人科学研究与教育中心冷泉港实验室、纽约州立大学石溪分校、约翰斯·霍普金斯大学、霍夫斯特拉大学以及谷歌公司等，通讯作者为冷泉港实验室癌症中心研究员、麻省理工学院博士Jason M. Sheltzer。

在这项研究之前，南卡罗来纳大学贝勒医学院的团队发表在《美国呼吸与危重症医学杂志》上的报告也发现，在有吸烟史的人群中，附着在呼吸道外表面的ACE2水平增加了25%。

最新的研究发现，ACE2的表达对炎症信号有反应，并会通过病毒感染或干扰素（一类糖蛋白，具有抗病毒、抑制细胞增殖、调节免疫及抗肿瘤作用）治疗而增加。干扰素分泌会增加相邻细胞内ACE2的表达，从而使这些细胞更易于感染新型冠状病毒（SARS-CoV-2）并加速其传播。

吸烟者肺部ACE2水平比不吸烟者高出30％-55％

不吸烟者（左）与吸烟者（右）情况对比，吸烟者有更高水平的ACE2表达

此前已有一些研究证明，吸烟与新冠肺炎（COVID-19）的不良后果密切相关。

为了调查吸烟是否会影响ACE2水平，研究人员首先评估了小鼠肺中的基因表达。研究团队分析了一组持续5个月、每天暴露在稀释香烟烟雾中2、3或4小时的小鼠，令人惊讶的是，他们发现根据烟雾暴露时间的不同，小鼠肺部的ACE2表达呈剂量依赖性增加（即烟雾暴露时间越长，ACE2表达水平越高）。

暴露在不同剂量稀释香烟烟雾中的小鼠体内ACE2水平比较

与对照组的小鼠相比，暴露于最高剂量的香烟烟雾的小鼠肺中表达的ACE2含量高出约80％。

为了确定这种关联是否也存在于人类中，研究人员对吸烟者和从不吸烟者的组织采样进行了对比分析。通过纤维支气管镜从气管、大气道和小气道取样的肺上皮分泌细胞表明，在这三种组织细胞中，与非吸烟者相比，吸烟者的样本显示出的ACE2水平要多出约30％-55％。

在针对这些组织位置的数据的组合分析中，研究人员发现，ACE2属于在烟雾暴露环境下失调最严重的前2％基因中。

接下来，研究人员试图确定人类ACE2表达是否与香烟烟雾也显示出剂量依赖性关系。

团队从两个人类数据集中收集了数据进行分析：一是一组接受胸外科手术的吸烟者的肺部样本组织；二是癌症和肿瘤基因图谱（TCGA）计划患者中病理上正常的肺组织。

从上述两组数据的分析结果来看，吸烟量最大的患者的肺样本也表达了最高水平的ACE2。研究人员用“年包（Pack-years）”为单位计算患者的吸烟量，其数值为吸烟者每天吸烟的数量（包）乘以吸烟的年数（例如1年包相当于吸烟1年，每天吸1包烟，即20支香烟）。

在研究样本中，吸烟量超过80年包的患者相对于吸烟量少于20年包的患者表现出的ACE2表达增加了约100％。

不同吸烟量的人体内ACE2表达水平比较

研究人员还调查了其他人口统计学特征是否可以解释吸烟者肺中ACE2表达的增加。多元线性回归分析证实，即使控制了患者的年龄、性别、种族和身体质量指数，吸烟史也是ACE2表达的重要预测指标。

最后，研究人员发现，吸烟对ACE2表达的这种影响是可逆的。在包含吸烟者和戒严至少12个月的既往吸烟者的研究队列中，戒烟与ACE2表达降低约40％相关。同时，ACE2是受戒烟影响最大的基因中排名前5％的基因之一。

通常情况下，包括丝氨酸蛋白酶TMPRSS2、组织蛋白酶B/L等宿主蛋白酶可促进冠状病毒感染，这些宿主蛋白酶可裂解并激活病毒刺突（S）蛋白。值得注意的是，研究人员观察到在暴露于香烟烟雾的小鼠和人类中，组织蛋白酶B的表达持续升高，但TMPRSS2或组织蛋白酶L的表达却未升高。

在对气管、大气道和小气道的荟萃组织分析中，组织蛋白酶B是受烟雾影响最大的基因中排名前11％的基因之一

因此，吸烟不仅会增加啮齿动物和人类呼吸组织中新冠病毒受体ACE2的表达，还会增加一种能够用于激活病毒的蛋白酶表达，同时戒烟使这一过程可逆。

吸烟引起肺分泌细胞增加，导致ACE2水平升高

据此前研究，长期接触香烟烟雾会诱导肺部分泌性杯状细胞的增加，从而产生更多粘液，保护呼吸道免受吸入性刺激。因此，吸烟者肺中ACE2的表达增加可能是吸烟引起的分泌细胞增生的副产物。

为了证实该假设，研究人员分析了从当前吸烟者和从未吸烟者的气管中收集的单细胞转录物组的数据集，并鉴定了表达与ACE2相关的基因的转录本。

在所有细胞中，ACE2水平与几种黏蛋白基因（包括MUC1、MUC4、MUC15和MUC16）以及与上皮屏障相关的其他基因呈现强相关关系。基因本体分析表明，与ACE2相关的转录本富含涉及分泌、糖基化和对有毒物质的反应的基因，这与气道上皮细胞粘液生产和异物屏障的作用相一致。

多项分析表明，吸烟者呼吸道中分泌细胞区存在显著扩展。研究人员发现，一部分肺部分泌细胞表达新冠病毒受体ACE2，而香烟烟雾则促进了该细胞群的扩展。这也是吸烟者肺部ACE2水平显著升高的原因。

研究人员还调查了ACE2的表达是否受到其他肺部疾病和/或致癌物暴露的影响。实际上，慢性阻塞性肺疾病（COPD）和特发性肺纤维化（IPF）的患者体内ACE2表达常常增加。值得注意的是，COPD和IPF都与患者的香烟接触史密切相关，特别是COPD已被确定为严重COVID-19的危险因素。

但是，研究人员排除了ACE2表达受其他肺部疾病或致癌物的影响的情况。大量的来自哮喘患者或患有肺结节病患者的肺样本中ACE2表达没有显著差异；囊性纤维化小鼠模型的肺组织以及暴露于多种致癌物的小鼠中，ACE2的表达也未改变。

综上所述，肺中ACE2表达的增加与患者吸烟史密切相关。

炎症反应与干扰素治疗也会导致ACE2表达增加

此前的研究认为，免疫反应失调是影响COVID-19死亡率的关键因素，炎症细胞因子水平升高的患者更有可能患重症新冠肺炎。研究发现，以循环炎症细胞因子水平高为特征的“细胞因子风暴”与COVID-19相关的死亡关系密切。但迄今为止，科学家对于宿主因子调控如何影响病毒感染程度的免疫病理学知之甚少。

香烟烟雾也是一种炎症因子，吸烟者血液中与炎症相关的血清学标志物水平通常有所升高。为了研究炎症与宿主因子表达之间的潜在联系，研究人员分析了已发布的呼吸道上皮细胞数据集受到不同病毒攻击的ACE2水平。

研究人员观察到，两种RNA病毒：流感病毒和呼吸道合胞病毒会使患者气道细胞中ACE2的表达增加；此外SARS和MERS病毒的感染也会导致ACE2水平升高。

这些结果表明，炎症信号（如吸烟或病毒感染触发的信号）能够增加呼吸道上皮细胞中ACE2的表达。

体外研究还表明，暴露于干扰素会导致ACE2表达的显著增加。

IFN-a、IFN-b和IFN-g的治疗会增加气管细胞中ACE2的表达，而IFN-a与IFN-b的治疗方案则会影响小气道细胞中的ACE2水平。这些结果表明，ACE2为干扰素调节基因，同时炎症刺激可能是加速SARS-CoV-2感染的潜在机制。

此外，研究人员推测，ACE2的干扰素依赖性增加可能会导致SARS-CoV-2感染的“正反馈闭环”。也就是说，被感染后的治疗过程中，干扰素分泌可能会增加相邻细胞内ACE2的表达，从而使这些细胞更易于感染SARS-CoV-2并加速病毒传播。

因此，减弱免疫应答的临床干预措施可以部分地打破这种“闭环”，或能使患者受益。